太陽(yáng)能灶

太陽(yáng)能灶就是把太陽(yáng)能收集起來(lái)，用于做飯、燒水的一種器具。太陽(yáng)灶的關(guān)鍵部件是聚光鏡，不僅有鏡面材料的選擇，還有幾何形狀的設計。最普通的反光鏡為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡，也有鋁拋光鏡面和滌綸薄膜鍍鋁材料等。

隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，先進(jìn)的科技逐漸進(jìn)入人們的生活，太陽(yáng)能是21世紀節能、環(huán)保設備。在當今能源日益緊缺的情況下太陽(yáng)能環(huán)保設備越來(lái)越受人們的青瞇。

原理

太陽(yáng)能灶的鏡面設計，大都采用旋轉拋物面的聚光原理。

在數學(xué)上若拋物線(xiàn)繞主軸旋轉一周，所得的面，即稱(chēng)為“旋轉拋物面”。若有一束平行光沿主軸射向這個(gè)拋物面，遇到拋物面的反光，則光線(xiàn)都會(huì )集中反射到定點(diǎn)的位置，于是形成聚光，或叫“聚焦”作用。作為太陽(yáng)灶使用，要求在鍋底形成一個(gè)焦面，才能達到加熱的目的。換言之，它并不要求嚴格地將陽(yáng)光聚集到一個(gè)點(diǎn)上，而是要求一定的焦面。確定了焦面之后，我們就不難研究聚光器的聚光比，它是決定聚光式太陽(yáng)灶的功率和效率的重要因素。聚光比K可用公式求得：K=采光面積/焦面面積。采光面積是指太陽(yáng)灶在使用時(shí)反射鏡面陽(yáng)光的有效投影面積。根據我國推廣太陽(yáng)灶的經(jīng)驗，設計一個(gè)700～1200瓦功率的聚光式太陽(yáng)灶，通常采光面積約為1.5～2.0平方米。個(gè)別大型蒸汽太陽(yáng)灶也是聚光式太陽(yáng)灶，但其采光面積較大，有的要在5平方米以上。

旋轉拋物面聚光鏡是按照陽(yáng)光從主軸線(xiàn)方向入射，所以往往在通過(guò)焦點(diǎn)上的鍋具時(shí)會(huì )留下一個(gè)陰影，這就要減少陽(yáng)光的反射，直接影響太陽(yáng)灶的功率。我國大部分太陽(yáng)灶的設計均采用了偏軸聚焦原理。

聚光式太陽(yáng)灶除采用旋轉拋物面反射鏡外，還有將拋物面分割成若干段的反射鏡，光學(xué)上稱(chēng)之為菲涅耳鏡，也有把菲涅耳鏡做成連續的螺旋式反光帶片，俗稱(chēng)“蚊香式太陽(yáng)灶”。這類(lèi)灶型都是可折疊的便攜式太陽(yáng)灶。聚光式太陽(yáng)灶的鏡面，有用玻璃整體熱彎成型，也有用普通玻璃鏡片碎塊粘貼在設計好的底板上，或者用高反光率的鍍鋁滌綸薄膜裱糊在底板上。底板可用水泥制成，或用鐵皮、鈣塑材料等加工成型。也可直接用鋁板拋光并涂以防氧化劑制成反光鏡。聚光式太陽(yáng)灶的架體用金屬管材彎制，鍋架高度應適中要便于操作，鏡面仰角可靈活調節。為了移動(dòng)方便，也可在架底安裝兩個(gè)小輪，但必須保證灶體的穩定性。在有風(fēng)的地方，太陽(yáng)灶要能抗風(fēng)不倒?？稍阱伒撞课患友b防風(fēng)罩，以減少鍋底因受風(fēng)的影響而功率下降。有的太陽(yáng)灶裝有自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的跟蹤器，但是一般認為這只會(huì )增加整灶的造價(jià)。中國農村推廣的一些聚光式太陽(yáng)灶。大部分為水泥殼體加玻璃鏡面，造價(jià)低，便于就地制作，但不利于工業(yè)化生產(chǎn)和運輸。

種類(lèi)

第一種：室外太陽(yáng)灶

這種太陽(yáng)灶只能用于室外燒水做飯，在70年代由各地方政府推廣。其優(yōu)點(diǎn)是能獲得太陽(yáng)能高溫，節省燃料。其制作成本適合當時(shí)農民的生活水平，其缺點(diǎn)是人工操作，極為不便。一般僅用手工操作，只能在室外做飯，負重低，可以滿(mǎn)足個(gè)人家庭生活部分的需要。由于造價(jià)特別低廉，這種太陽(yáng)灶如今在許多地方仍在使用。

第二種：菲涅爾透鏡聚焦

其優(yōu)點(diǎn)極為明顯，聚焦精度高。為片狀塑性材料，輕便，性能好。是當今太陽(yáng)能聚焦最好的方式之一，主要用于太陽(yáng)能發(fā)電。但其缺點(diǎn)是造價(jià)十分昂貴，技術(shù)要求精度高，在我國能生產(chǎn)大型菲涅爾透鏡的廠(chǎng)家基本沒(méi)有，即使個(gè)別能生產(chǎn)的，其產(chǎn)品也全部轉為出口。且造價(jià)十分昂貴，一個(gè)一平方以?xún)鹊姆颇鶢柾哥R售價(jià)約一千多元，即使在國外，一個(gè)兩平方的菲涅爾透鏡約六千多元。由于成本極高，使用者往往望而卻步，這使我國菲涅爾透鏡生產(chǎn)廠(chǎng)家的生產(chǎn)能力因價(jià)格和消費市場(chǎng)而受到了抑制。

第三種：固定焦點(diǎn)太陽(yáng)能灶

固定焦點(diǎn)太陽(yáng)能灶是由我國科學(xué)工作者經(jīng)過(guò)十多年的研制而開(kāi)發(fā)的一種新型太陽(yáng)能灶。其特點(diǎn)是將聚光集熱與蓄熱儲能分為兩個(gè)不同部分，將聚光結構在自動(dòng)跟蹤器的引導下使鍋形聚光器始終對準陽(yáng)光并沿著(zhù)地軸方向反射到集熱儲能器的靶心上。并將獲得的高能光熱轉換到集熱器上。

其優(yōu)點(diǎn)是由于集熱和聚光分為兩個(gè)不同體，因此聚光方便，使用動(dòng)力小，費用低，而儲能部分在其靶心上，所以其重量體積不受限制，因而這種固定焦點(diǎn)太陽(yáng)能灶可以用于集體食堂、高溫集熱、熱水工程、海水淡化及太陽(yáng)能發(fā)電。該技術(shù)已領(lǐng)先于世界前列。也是我國科學(xué)工作者對太陽(yáng)能利用做出的新貢獻。

此外，我國太陽(yáng)能專(zhuān)家又研制出一種模塊式太陽(yáng)能發(fā)電系統，它可以進(jìn)行集約化生產(chǎn)，生產(chǎn)能力不受限制，加工方便，成本低廉，效能高。一個(gè)組件就可以發(fā)出一個(gè)千瓦的電能，支持任何發(fā)電系統，這是其它太陽(yáng)能發(fā)電系統性?xún)r(jià)比所無(wú)法比擬的，這必將為我國太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)的作用。

工藝流程

太陽(yáng)灶的灶體是太陽(yáng)灶最重要的組成部分。它可以用有機的、無(wú)機的，金屬的或者非金屬材料制作。我國所擁有的大陽(yáng)灶，絕大多數是菱苦土灶體、水泥砂漿或鑄鐵灶體。而其它材料的灶體卻由于種種原因沒(méi)有得到廣泛應用。

在農村批量生產(chǎn)太陽(yáng)灶，可以采用菱苦土或水泥砂漿制作灶體。步驟是這樣的：

1、制作模型。為了保證太陽(yáng)能灶灶體的凹面是旋轉拋物面，灶體應該在具有拋物面凸面的模型上制作。模型表面的旋轉拋物面形狀是用有拋物線(xiàn)刃口的刮板刊出來(lái)的。

刮板一般用金屬板制做。首先在坐標紙上精確地畫(huà)出焦距為750或800毫米的拋物線(xiàn)，拋物線(xiàn)的橫坐標一般取1200毫米左右。然后在鋼板上畫(huà)出同樣的，拋物線(xiàn)，切割出刮板的凹形刃口，經(jīng)過(guò)仔細打磨并與坐標紙上的拋物線(xiàn)進(jìn)行比對，最后固定在一條金屬軸上，一方面使它的因形刃口與坐標紙上的拋物線(xiàn)貼合，同時(shí)，軸的中心線(xiàn)與坐標紙上的拋物線(xiàn)的縱坐標重合。需要強調的是，制作刮板是保證太陽(yáng)灶質(zhì)量最關(guān)鍵的一步，必須認真仔細。

太陽(yáng)灶模型一般用混凝土制做。模型表面用具有拋物線(xiàn)刃口的刮板竣轉刮制而成。具體做法是：在地面上畫(huà)出一個(gè)直徑為2.4厘米（假定我們準備生產(chǎn)的太陽(yáng)灶，其截光面積為2平方米〕的圓，周?chē)么u或石頭砌成20厘米高的墻、中間填土夯實(shí)，同時(shí)在土里埋好用于支撐刮板軸的支架，在突起的土堆上面糊5厘米厚的草泥，待草泥基本干燥后、上面覆蓋50毫米厚的100號混凝土，架好刮板，使其刃口與混凝土表面之間有15至20毫米的間隙，隨后在混凝土上抹150號水泥砂漿，旋轉刮板把砂漿刮勻，然后用泥刀趕壓。在砂漿表面上還需要上一層素灰漿。上漿前把刮板提起少許，擦凈刃口上的沙粒，調整刮板，使其刃口距離砂漿表面大約5毫米，待砂漿表面略干，在砂漿表面澆一層素灰漿。具體做法是：把素灰漿澆到刮板的根部（也就是凸模的頂部〕，在均勻而緩慢地轉動(dòng)刮板的同時(shí)，輕輕敲打刮板，使灰漿順暢地流到摸型的邊緣。模型上澆滿(mǎn)灰漿后，提起刮板，對摸型進(jìn)行養護。養護時(shí)間一般需要10至15天，在澆灰漿的過(guò)程中，由于刮板的振動(dòng)，可能會(huì )在模型表面形成徑向型波紋。養護完畢，需要用砂紙模型表面上的波紋輕輕磨光，以保證模型表面光滑。

2、畫(huà)線(xiàn)及制作圍框。太陽(yáng)灶的模型表面就是一個(gè)旋轉拋物面凸面，制作太陽(yáng)灶的灶體只需要這個(gè)表面的一部分。在不同地區，根據對太陽(yáng)灶功能的不同要求，太陽(yáng)灶灶體可能設計成不同形狀和大小。這就需要根據設計在模型表面畫(huà)出太陽(yáng)灶灶體的輪廓線(xiàn)。在太陽(yáng)灶設計中，一般只給出灶體的投影形狀，那么，在模型上畫(huà)灶體的實(shí)際輪廓線(xiàn)的時(shí)候，就需要使輪廓線(xiàn)在地面上的投影盡可能接近設計的形狀、大小。同時(shí)，要在模型上標出預埋件和開(kāi)孔的位置。太陽(yáng)灶灶體的中部需要預留一個(gè)長(cháng)方形孔，以適應太陽(yáng)灶進(jìn)行仰角角調節的需要?？椎膶挾纫话銥?/span>50毫米、長(cháng)度應該與太陽(yáng)灶仰角調節的角度相適應。如果根據設計需要在灶件內配筋，也應該畫(huà)出配筋走向。

由于模型的表面為光滑的凸面，制作灶體的材料是水泥砂漿或菱苦土，因而需要按照輪廓線(xiàn)制作圍框。圍框一般用扁鐵或角鐵制作，高度為30至50毫米。

3、搗制灶體。水泥砂漿灶體一般刷成溥殼加肋結構。薄殼部分厚度15至20毫米，邊緣及肋部分厚度為30至40毫米。加肋部分需配筋，薄殼部分需加玻璃纖維。

菱苦土灶體所需材料主要為氧化美、氯化鎂，它們之間的比例大約為4比3，還可以加入8%一10%的鋸末、15%一18%的細綿沙，或者其他填充物。此外為了保證灶體有足夠的強度；開(kāi)減少脆裂，還需加入0.3%一0.5%左右的磷酸三鈉作為增強劑。在配料時(shí)，氧化鎂溶液的濃度應該根據氣濕的高低掌握在26至28波美度，氣溫低時(shí)濃度高一些。

搗制灶體的過(guò)程是這樣的：首先在凸模上薄薄地抹上一層廢機油（或鋪上一層塑料薄膜，注意把嚴重折疊的部分剪開(kāi)〕把圍框、預埋件、預留孔木塊定好位置，布好筋，就可以將攪拌均勻的料撒在圍框內，用白木板均勻、拍實(shí)，然后在表面苦上薄膜就可以進(jìn)入養護階段。菱苦土材料需要養護3天，水泥砂漿需要養護7天，然后就可以起摸。灶體起模后，凹面朝上；下面適當地墊上支撐物，繼續養護10至15天，便可以粘貼反光材料。

一個(gè)合格的灶體，應當形狀規整、尺寸準確、薄厚均白、沒(méi)有斑疤和裂紋，輕輕敲擊時(shí)聲音清脆，從各個(gè)方向搬動(dòng)時(shí)都不發(fā)生變形。

4、粘貼反光材料。太陽(yáng)能灶反光材料可以用2最毫米厚的鍍鋁玻璃鏡片，也可以用鍍鋁聚酯薄膜。用玻璃鏡片時(shí)，需要裁成40毫米見(jiàn)方的小塊。粘結劑可以是乳膠或乳化瀝青。用鍍鋁薄膜時(shí)，以把它裁成100毫米寬的條，直接粘貼。薄膜背后的壓敏就是粘結劑。

粘貼反光材料之前，需要把灶體的凹表面上可能存在的小孔填平，打磨光滑，擦去粉塵。在粘貼反光材料的時(shí)候，鏡片之間要均勻過(guò)渡、鏡片與灶體間要緊密貼合，以保證反光材料表面盡可能接近旋轉拋物面。在粘貼鏡片過(guò)程中，應該使粘結劑擠滿(mǎn)鏡片之間的縫隙。貼完鏡片以后，需要在太陽(yáng)灶整個(gè)反光表面撒上一些干燥水泥（或氧化鎂粉），均勻涂抹，使水泥（或氧化鎂粉）填入鏡片之間不可避免的縫隙中。